CN1168576C - 在板件上获得凹区或凹口图案的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在脆性材料板件或层板(1)上获得凹区或凹口(5)的图案的方法，在该方法中，由喷嘴(2)向上述板件或层板的表面喷出磨料粉粒射流(4)，上述的板件或层板上覆盖有一层掩膜(3)以界定磨料粉粒对表面的冲击区域。本发明还涉及一种具有上述的凹区或凹口的图案的脆性材料板，并涉及这种脆性材料板的具体用途。

Description

在板件上获得凹区或凹口图案的方法
本发明涉及一种在脆性材料板件或层板上获得凹区或凹口图案的方法，在该方法中，由喷嘴对上述板件或层板的表面喷出磨料粉粒的射流。上述的板件或层板上覆盖有一层掩膜以界定上述磨料粉粒对上述表面冲击的区域。本发明还涉及一种具有上述的凹区或凹口图案的脆性材料板，并涉及这种脆性材料板的具体用途。
上一段文字所述的方法本身已在本申请人先前提出的欧洲专利申请0660360中公开过。按照这种喷粉粒法，粉粒在高速下与基板(具体说是玻璃板)相碰撞，经过粉粒冲击后，在基板上形成局部损伤，这就可以从表面上去掉一些小碎片，这种冲击过程反复进行许多次。因此可看作是蚀刻过程。在一种0.7mm的玻璃板上覆盖一层金属掩膜，该掩膜是通过一层胶将其粘结在板上的，以便防止在喷粉粒过程中发生局部分层。带有喷嘴的喷射装置对准板件的表面，与此同时，根据压力或汶杜里原理将从喷嘴向板件或层板的表面喷出磨料粉粒(例如碳化硅或氧化铝粉粒)的射流。从而在表面上形成凹区或凹口。磨料粉粒射流的方向与板件或层板的表面呈90°角。上述的欧洲专利申请中还提出可设置几个喷嘴，而板件则例如平行于x轴线反复移动，喷射装置则平行于y轴线移动，采用彼此相适应的速度在板件上获得所需要的孔洞或凹区尤其是槽的图案。为了获得更均匀的所需图案，上述专利申请还提出使用多个喷嘴，其中每个喷嘴移过一部分掩膜。上述方法的缺点在于，其磨粒粉粒射流是垂直于板件表面喷射而在板件或层板上形成规定形状的孔，但是，不能制成平底的大致对称的凹区或凹口。而且不可能再现地形成具有大致平直的侧壁的凹区或孔洞。
因此，本发明的一个目的是提出一种在脆性材料板件或层板上获得凹区或凹口的图案的方法。上述的凹区或凹口的特征在于，其底部大致是平的。
本发明的另一个目的是提出一种在脆性材料板件或层板上获得凹区或凹口的图案的方法。上述凹区或凹口具有大致平直的侧壁。
本发明的再一个目的是提出一种在脆性材料板件或层板上获得凹区或凹口的图案的方法，上述的的凹区或凹口是互相连接的。
按照本发明，在本文开头一段所述的方法的特征在于，至少有两股磨料粉粒射流分别按各自的角度α1和α2喷射到板件或层板的表面上，上述的两股射流之间的夹角为(180°-α1-α2)，所形成的凹区或凹口的形状不受脆材料板的厚度所限制。
在本文序言和权利要求书中的部分措词“至少有两股磨料粉粒射流”应看作是一种实施例。其中，板件或层板的表面总是受到沿一定角度的粉粒喷射撞击。因此可将一个喷嘴按α1角设置，然后将同样的喷嘴按α2角安置，该实施例落入本发明的保护范围之内。也可以连续地或不连续地改变喷嘴与板件或层板表面之间的夹角α1，这种实施例也落入本发明的保护范围之内。实际上，从制造一技术的观点来看，可以采用两个或多个分别呈相应角度α1和α2的独立的喷嘴。
在本文引言和权利要求书中的术语“脆性材料”应认为是可通过对其喷射粉粒而形成凹区或凹口的材料。其中，特别是玻璃、陶瓷材料、硅和脆性的合成材料是合适的基础材料。
在本文引言和权利要求书中提到的部分措词“不受脆性材料板厚度的限制”的意思应理解为本发明方法适合于在任何脆性材料或者由一种或多种脆性材料组合而成的材料板上形成孔洞或者说凹区，在这些材料中所形成的孔洞或凹区部分地或全部地穿过所用的板件或组合板件的厚度。所形成的孔洞或者凹区的形状不受可能出现的材料性能的变化(如同下面要说到的日本专利申请No.082 22129中的情况那样)的限制，因此，不需要设置作为止动层的硬而脆的材料。
虽然1996年8月30日提出的日本专利申请No.082 22129公开了用磨料粉粒射流在脆性材料板上形成凹区的方法，但是，该专利申请提出的方法中所用的脆性材料实质上必须由两种不同的材料即一种较软的脆性材料和一种硬的脆性材料组成。上述较软的脆性材料上覆盖一层随后要经受喷粉粒处理的掩膜，所以未受掩膜保护的软的脆性材料就被粉粒磨掉。因此仅在软的脆性材料中形成凹区，而从较软脆性材料向硬的脆性材料的过渡便起到一种止动层的作用。所形成的凹区具有由未被磨料粉粒射流去除的硬的脆性材料形成的平底部。此外，上述的日本专利申请未提供有关磨料粉粒射流相对于要形成凹区或凹口图案的板件或层板表面的具体角度的信息。采用搪瓷玻璃料作为较软的脆性材料，采用玻璃作为硬的脆性材料。上述方法的缺点在于，必须在硬的脆性材料板上总是要设置一层搪瓷玻璃料的上层，这就要提高成本，而且必须清除松脱的搪瓷玻璃料。
本发明方法中所用的角度α1和α2优选30°～80°，最好是45°～65°。
采用上述的角度α1和α2，使所获得的凹区或凹口具有大致平的底部。如果角度α1和α2小于30°，蚀刻速度就慢，这在实际实用中是不希望的。反之，若角度α1和α2大于80°，在下侧形成的凹槽将会与按90°角喷射粉粒的方法一样难以扩宽，这不利于获得具有大致平的底部和大致为平直的侧壁的对称的凹区或凹口。但是，必须明白，本发明并不仅限于获得具有平的底部和/或平直侧壁的凹区或凹口。按照本发明的方法，还可以形成在表面之下互相连接的孔洞。而且，按照本发明，还可以形成穿过脆性材料板的整个厚度的凹区或凹口。
如果必须在脆性材料板件或者层板上形成通道或者说凹槽或窄缝，在本发明的方法中最好使磨料粉粒射流与板件或层板之间发生相对移动。为了通过喷嘴精确而且可再现地喷出粉粒射流，最好将喷嘴安置在固定位置。
为了防止两股磨料粉粒射流之间的干扰而造成的功能损失，最好是逐步地制出凹区或凹口的图案，也就是使两股磨料粉粒射流依序地一个接一个地喷射到板件或者层板的表面上。这种连续作业还必须包括在形成凹区或凹口时快速交替两股射流的操作。按照这种快速交替两股粉粒射流的方法就可以得到形状对称的凹区或凹口。
在本发明的一个具体实施例中，最好还使两股磨料粉粒射流喷到板件或层板上的不同位置上，从而满意地提高喷粉粒作业的效率。
试验证明，最好将两股粉粒射流的喷嘴的几何形状或尺寸做成大致相同，以便在脆性材料的板件或层板上获得大致对称的凹区或凹口。而且，为了获得上述这种对称的具有平的底部的凹区或凹口，最好是使两股粉粒射流的取决于粉粒的粒度和速度的动能大致相同，同时要注意到最好使角度α1与α2相等。另外，在该实施例中，最好使两股粉粒射流的粉粒的量即粉粒流量大致相同。
为了能够检测粉粒的动能，必需精确地测定粉粒的粒度和它们的射出速度。在给定的实施例中，磨料粉粒的粒度最好为10～50μm。
为了在脆性材料板件或层板上获得深度达85～200μm的凹区或凹口的图案，最好使掩膜的厚度为30～100μm。
本发明还涉及一种具有凹区或凹口的图案的脆性材料板，该脆性材料板的特征在于，它们是按本发明的上述方法制成的。
按本发明的方法制成的脆性材料板特别适用于等离子显示板(PDP)、等离子编址液晶显示属(PALC)以及微机电系统例如传感器、致动器和测微装置中的部件。
从下面参看附图结合实施例的说明将会明白本发明的上述的和其他方法的内容，附图中：
图1简单示出本发明的方法；
图2是在现有技术的喷粉粒试验中通过光学显微镜得到的凹区图案的剖视图；
图3是按本发明的喷粉粒试验中通过光学显微镜得到的凹区图案的剖视图；
图4是在本发明的喷粉粒试验中通过光学显微镜得到的凹区图案的剖视图；
图5是在本发明的喷粉粒试验中通过扫描电子显微镜(SEM)得到的凹区图案的剖视图；和
图6是在现有技术的喷粉粒试验中通过扫描电子显微镜(SEM)得到的凹区图案的剖视图。
应当注意，上述这些仅用来说明本发明的具体实施例并不限制本发明。
图1以独立的分图1A～1C的形式简单示出本发明的方法。标号1表示脆性材料的板板或层板，在这种脆性材料板上覆盖上一层掩膜3用于界定磨料粉粒4对脆性材料板1的表面冲击的区域。从喷嘴2喷出的磨料粉粒射流4呈一定角度α1喷到板件或层板1的表面上，由于磨料粉粒射流4动能的作用，在脆性材料板1上形成凹区或凹口5的图案，而在特定的实施例中还可希望磨料粉粒射流与脆性材料板1之间有相对移动。
在图1B示出的实施例中，喷嘴2的方向与脆性材料板件或层板1的表面间呈角度α2。磨料粉粒的射流4喷到脆性材料的板件或者层板1的表面上而在脆性材料板1上形成凹区或凹口5的图案。显然，图1A和1B的方法所用的喷嘴2在具体实施例中可以是相同的喷嘴，所以通过改变角度α1和α2，可在脆性材料板1上得到凹区或凹口5的图案。而且可以逐步地得到凹区或凹口5的图案。而且可以逐步地得到凹区或凹口5的图案。即从喷嘴2依序地向板件或者层板1的表面喷出两股磨料粉粒射流。
在图1C简单示出的实施例中，由两个独立的喷嘴2对脆性材料板1的表面喷出磨料粉粒射流4，从而在脆性材料板1上形成凹区或孔洞5。这个图的意思也说明两个角度α1、α2不必相等。而且，在所示的实施例中，两股磨料粉粒射流4最好是喷在脆性材料板件或层板1的不同位置5上。因此，本发明实质上是基于这样的原则：磨料粉粒射流喷在板件或层板上的入射角小于现有技术中公知的90°角。
图2是通过光学显微镜观察到的9种图形的示意图。在脆性材料-玻璃板上覆盖一层Ordyl BF410型掩膜。该膜的厚度为100μm，其孔间宽度为370μm，用平均粒度为23μm的Al2O3粉粒作为磨料粉粒，以每秒133米的平均速度喷在脆性材料板上。这一现有技术的喷粉粒试验是按90°的入射角进行的，也就是垂直喷射到脆性材料板上。图2A～2I共9个图形示出所得到的孔洞形状与粉粒压力的关系。图2A对应于粉粒压力为17g/cm2，图2I对应于粉粒压力为150g/cm2。即从图2A至图2I每个图形的粉粒压力提高约17g/cm2，这些图形清楚地表明，所获得的孔洞的形状没有平直侧壁和/或平的底部。而且，孔洞侧壁的几何形状从图2D起便出现清晰可见的弯折。
图3用光学显微镜图形3A～3C简单示出按本发明方法进行的喷粉粒试验的结果。所用的脆性材料是玻璃，其表面覆盖一层抗喷膜，该膜厚度为100μm，膜上的孔间宽度为360μm，以平均粒度为23μm的Al2O3粉粒和平均速度为每秒100米的粉粒射流对上述表面进行喷射，在本试验中所用的入射角α1、α2皆为75°。从光学显微镜图形3A～3C可清楚看出，所得到的孔洞的形状与图2所示的入射角为90°的孔洞形状有明显差别。图3A对应于粉粒压力为42g/cm2，图3B对应于粉粒压力为52g/cm2，而图3C对应于粉粒压力为72g/cm2。而且从图3C可看到，已形成了平直的侧壁，而且，与图2所示图形相比孔洞明显加宽。
图4示出按本发明方法进行的喷粉试验所得到的SEM(扫描电镜)图形。试验中用玻璃作为脆性材料，玻璃板表面覆盖一层厚度为100μm的LF55 G1型掩膜，膜上的孔间宽度为360μm。用平均粒度为23μm的A12O3粉粒以平均速度为每秒100米的粉粒射流喷射上述表面。在本试验中所用的入射角α1、α2都是60°。图4A的图形相应于粉粒压力为22g/cm2，从该图形中可清楚看到在玻璃板上形成了形状对称的孔洞。在图4B所示的粉粒压力增大到32g/cm2的图形中，可清楚看到在脆性材料板上对称地形成的孔洞具有平的底和大致平直的侧壁。在图4C中，粉粒压力进一步增大到44g/cm2，可看出孔洞的平底形状有所变化，而其侧壁也略被潜控，再增加粉粒压力到例如88g/cm2(见图4H)，可清楚看出，采用两股入射角为60°的磨料粉粒射流可明显影响所形成的孔洞的几何形状，再进一步增大粉粒压力，将会使相邻的孔洞互相接触，从而得到在表面之下互相连接的、被称为地道的孔洞。
图5示出按图4的方法进行的试验的另一种SEM图形。从图5A可清楚看到所形成的孔洞具有对称的形状，在图5D中，孔洞的平底变成稍为凸起的形状，这是如同图4H那样由于进一步增大粉粒压力后而受到明显影响所致。
最后，图6简单示出按现有技术所得到的凹槽的形状，这些凹槽是在玻璃板上按90°的入射角所得到的。从图6可清楚看出，所得到的凹槽的形状与图2所示的图形相当，请注意，孔洞既没有平底也没有平直侧壁。

Claims (13)

1.一种在脆性材料板件或层板上获得凹区或凹口图案的方法，在该方法中，由喷嘴对上述板件或层板的表面喷出磨料粉粒的射流，上述的板件或层板上覆盖有一层掩膜以界定上述磨料粉粒对上述表面冲击的区域，其特征在于，至少有两股磨料粉粒射流分别按各自的入射角α1和α2喷到上述板件或层板的表面上，上述的两股射流相互间呈(180°-α1-α2)的夹角，因此，所得到的凹区或凹口的形状不受脆性材料的厚度的限制，而且上述的凹区或凹口具有平的底部。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的角度α1和α2为30°～80°。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，上述的角度α1和α2为45°～65°。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，在上述的磨料粉粒射流与上述的板件或层板之间有相对运动。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的板件或层板相对于上述的磨料粉粒射流而移动。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的凹区或凹口图案是逐步获得的，其中，两股磨料粉粒射流是依序地一个接一个地喷到上述板件或层板的表面上的。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的两股磨料粉粒射流喷到上述板件或层板的分隔位置上。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的喷出两股粉粒射流的喷嘴具有大致相同的几何形状。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述两股射流中的粉粒具有大致相同的平均动能。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的两股粉粒射流具有大致相同的粉粒流量。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的角度α1与上述的角度α2相等。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的磨料粉粒的粒度为10～50μm。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的掩膜的厚度为30～100μm。
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